(57)【要約】    【課題】  本発明は耐摩耗性、耐熱衝撃性および強度に優れる熱間圧延ラインに用いられるセラミックス製エプロンを提供する。    【解決手段】  熱間圧延ラインで圧延ミルの出口側に設置されるエプロンであって、該エプロンの少なくとも鋼板と接触する表層面が、窒化珪素を主成分とする焼結体からなり、該焼結体は、常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、アルミニウムの含有量が０．２重量％以下、酸素の含有量が５．０重量％以下、相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が７００ＭＰａ以上であることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延ラインで圧延ミルの出口側に設置されるエプロンであって、該エプロンの少なくとも鋼板と接触する表層面が、窒化珪素を主成分とする焼結体であることを特徴とするセラミックス製エプロン。
【請求項２】
前記窒化珪素を主成分とする焼結体は、常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックス製エプロン。
【請求項３】
前記窒化珪素を主成分とする焼結体は、アルミニウムの含有量が０．２重量％以下、酸素の含有量が５．０重量％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のセラミックス製エプロン。
【請求項４】
前記窒化珪素を主成分とする焼結体は、相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が７００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセラミックス製エプロン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延ラインにおける仕上圧延ミルの出口側における圧延鋼板の安定走行、また、鋼板製品の品質向上のためのエプロンに係り、特に耐摩耗性、強度に優れたセラミックス製エプロンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に薄物サイズの熱延鋼板は剛性が低いため、薄板鋼板の先端部分がテーブルローラ間に落ち込む現象が発生し、熱間圧延ラインの安定走行に支障をきたすという問題があった。特に熱延仕上ミル最終段の出口側直後で、薄板鋼板はテーブルローラ間に落ち込み易い傾向があった。このため、薄物圧延鋼材の安定走行の阻害要因となり、さらには鋼板にスケール疵等が発生し易く、薄板鋼板の品質が劣化するという問題があった。
【０００３】
このような問題の対策として、熱間仕上ミルの出口側直後にエプロンを設けることで薄板鋼板の落ち込みを防止してきた。このエプロンは、高温に加熱された鋼板と接触、摺動することになるので、耐摩耗性はもちろんのこと鋼板接触時、摺動時の衝撃に十分耐えるための強度が要求される。また、エプロンには加熱された鋼板が間欠的に接触するため、加熱・冷却の熱サイクルが生じる。よって、十分な耐熱衝撃性も要求される。
【０００４】
従来、エプロン用材料としてアスベストを使用するのが一般的であった。近年、アスベストは環境上の問題より使用が困難になってきたため、その代替品としてガラス繊維を含有する樹脂系材質が用いられてきた。しかしながら、樹脂系材料では耐摩耗性が非常に悪く、さらに樹脂系の材料は鋼板から落下したスケールが付着しやすく鋼板表面にスケール疵を発生させる問題が発生した。そのため、樹脂製エプロンは頻繁な交換が必要となり、その結果、エプロンのコストが高くなり、さらに作業性が煩雑になる等の問題が発生している。そこで、これらの問題を解決するために種々の提案がなされてきた。
【０００５】
特許文献１および特許文献２には、鋼板走行性能を改善させ寿命を向上させる熱延ランアウトテーブルであって、エプロン本体及び／又は鋼板と接触する表層部分を炭素系素材となし、設置高さをその上面高さがテーブルパスラインより下方にしたことが記載されている。また、その中の比較材としてエプロンが炭化珪素やジルコニアのファインセラミックスからなることが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１４１１号公報
【特許文献２】特開２００２−１６０００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び２には、前記従来のエプロン用材料において、炭素系素材は、カーボンマトリックスで積層化したり、カーボン中に金属を含浸させて形成するため製造コストが高くなる欠点がある。さらに、カーボン中に金属を含浸させると、金属接触の焼付きを生じる問題がある。また、炭化珪素やジルコニアのセラミックスは、耐摩耗性に優れるが、耐熱衝撃性及び強度が十分でない問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は耐熱衝撃性、耐摩耗性および強度が格段に優れるセラミックス製エプロンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のセラミックス製エプロンは、熱間圧延ラインで圧延ミルの出口側に設置されるエプロンであって、該エプロンの少なくとも鋼板と接触する表層面が、窒化珪素を主成分とする焼結体であることを特徴とする。
【００１０】
前記本発明において、窒化珪素を主成分とする焼結体は、常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、アルミニウムの含有量が０．２重量％以下、酸素の含有量が５．０重量％以下、相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が７００ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【００１１】
本発明はエプロンを形成する材料自体の熱伝導率を高めることにより、熱間圧延ラインの鋼板製造工程において、鋼板からの熱がエプロン表面から速やかに外部へ放散し、エプロン材質内部の温度分布が均一になるため耐熱衝撃性が高まる。通常の窒化珪素を主成分とする焼結体は、常温における熱伝導率が高々３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であるが、本発明における窒化珪素を主成分とする焼結体は、焼結体中に不純物として存在するアルミニウムおよび酸素の含有量を低減することにより、好ましくは焼結体中のアルミニウムの含有量が０．２重量％以下、酸素の含有量が３．０重量％以下とすることにより、常温における熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上を達成することができる。常温における熱伝導率が６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるのがより好ましい。
【００１２】
窒化珪素を主成分とする焼結体中に不純物として存在する異種イオン、特にアルミニウム、酸素はフォノン散乱源となり熱伝導率を低減させる。窒化珪素を主成分とする焼結体は、窒化珪素粒子相とその周囲の粒界相とから構成され、アルミニウムおよび酸素はこれら二相にそれぞれ含有される。アルミニウムは、窒化珪素の構成元素である珪素のイオン半径に近いため窒化珪素粒子内に容易に固溶する。アルミニウムの固溶により窒化珪素粒子自身の熱伝導率が低下し、結果として焼結体の熱伝導率が著しく低下する。
【００１３】
また、焼結助剤として主に酸化物を添加するため、酸素の多くは粒界相成分として存在する。焼結体の高熱伝導化を達成するには、主相の窒化珪素粒子に比べて熱伝導率が低い粒界相の量を低減することが重要である。そこで、窒化珪素を主成分とする焼結体の表面において、該焼結体を構成する窒化珪素粒子と粒界相の合計の面積率を１００％としたとき、窒化珪素粒子が面積率で７０〜９９．９％を占有することが好ましい。
【００１４】
さらに、機械的応力および衝撃に十分耐えられるように、窒化珪素を主成分とする焼結体中は、相対密度が９８％以上であり、常温における４点曲げ強度が７００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
熱間圧延に本発明の窒化珪素を主成分とする焼結体からなるエプロンを用いることで耐摩耗性、耐熱衝撃性および強度のいずれについても問題なく使用でき、耐用期間が格段に延びることが確認できた。本実施例においては、エプロン全体を窒化珪素を主成分とする焼結体で形成したが、少なくとも鋼板と接触する表層面が窒化珪素を主成分とする焼結体であればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のセラミックス製エプロンは次のように作製した。まず、平均粒径０．５μｍの窒化珪素粉末に、焼結助剤として、平均粒径０．２μｍの酸化マグネシウム粉末を３．０重量％、平均粒径２．０μｍの酸化イットリウム粉末を３．０重量％添加し、適量の分散剤を加えエタノール中で粉砕、混合した。ついで、噴霧乾燥後、篩を通して造粒した後、ゴム型に充填し、静水圧により冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）を行い、所定形状の成形体を作製した。この成形体を１９５０℃、６０気圧の窒素ガス雰囲気中で５時間焼成し、窒化珪素を主成分とするセラミックス焼結体を得た。
【００１７】
得られた窒化珪素を主成分とする焼結体から、直径１０ｍｍ×厚さ３ｍｍの熱伝導率および密度測定用の試験片、縦３ｍｍ×横４ｍｍ×長さ４０ｍｍの４点曲げ試験片を採取した。密度はＪＩＳ  Ｒ２２０５に基づいてアルキメデス法から求めた。相対密度はＪＩＳ  Ｒ２２０５に準拠したアルキメデス法により実測密度を求めこれを計算により算出した理論密度で除した値とした。熱伝導率はレーザーフラッシュ法ＪＩＳ  Ｒ１６１１に準拠して常温での比熱および熱拡散率を測定し熱伝導率を算出した。４点曲げ強度は常温にてＪＩＳ  Ｒ１６０１に準拠して測定を行った。
【００１８】
また、窒化珪素粒子の体積％は、焼結体をフッ化水素酸にて粒界ガラス相を溶出することにより、窒化珪素粒子を個々に取り出しＳＥＭ観察して求めた。本発明では、面積％の値を体積％として評価した。窒化珪素質焼結体中のアルミニウム含有量は誘導プラズマ発光分析法（略称ＩＣＰ法）により、酸素含有量は赤外線吸収法により測定した。
【００１９】
本発明の窒化珪素を主成分とする焼結体からなるエプロンは、相対密度が９９．２％、常温における熱伝導率が７１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、常温における４点曲げ強度が９４０ＭＰａであった。また、窒化珪素を主成分とする焼結体を構成する窒化珪素粒子と粒界相の合計の面積率を１００％としたとき、窒化珪素粒子の面積率は９４％であった。さらに、窒化珪素を主成分とする焼結体中のアルミニウムの含有量が０．０２重量％、酸素の含有量が０．３重量％であった。
【００２０】
このようにして得られた焼結体を幅３００ｍｍ、長さ５３０ｍｍ、厚さ２５ｍｍの板状に加工し、本発明のセラミックス製エプロンを製作した。このセラミックス製エプロンは、圧延ミルの最後段出口側直後のエプロン支持台上にボルトで装着し、実際の熱間圧延ラインで用いた。
【００２１】
図１にセラミックス製エプロンを使用した圧延ミルの最後段出口側直後の概略図を示す。鋼板４は矢印の方向に進行し、一対の熱延ワークロール３により所定の厚さに圧延される。次いで、加熱された鋼板４は、エプロン支持台２の上部に装着された本発明のセラミックス製エプロン１に接触、摺動しながらテーブルローラ５によって、コイル巻取り機（図示せず）に搬送される。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明によれば、高い熱伝導率を有する窒化珪素を主成分とする焼結体でエプロンを構成することにより、耐摩耗性、耐熱衝撃性および強度に優れる耐用寿命の長いエプロンを提供することができ、圧延工場における生産性の向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】圧延ミルの最後段出口側直後の概略図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  セラミックス製エプロン、  ２  エプロン支持台、  ３  ワークロール、
４  鋼板、  ５  テーブルローラ
【図１】
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